振動試驗基礎(chǔ)：振動試驗機的選擇及試驗可否判斷要素

本文來源于振動試驗學(xué)習(xí)筆記

通過前文介紹，相信初入者對振動試驗系統(tǒng)應(yīng)該有一定了解。特別是電動式振動臺加振力（推力）有1～60tonf，針對試驗條件和試驗體，如何選擇合適且經(jīng)濟的振動臺進行試驗？下面進行闡述。

試驗前，必須明確試驗條件和要求。需要考慮的要素如下：

※有沒有試驗規(guī)格？

※振動臺式樣規(guī)格。

※試驗種類：正弦試驗、隨機試驗、沖擊試驗、etc.。

※頻率范圍。

※加速度、速度大小。

※振幅（位移）大小。

※試驗體的尺寸、質(zhì)量、形狀等。

※夾具的尺寸、質(zhì)量、形狀、共振點等。

※振動方向（垂直、水平、二軸同時振動、三軸同時振動）

※是否和溫度、濕度、高度（氣壓）、光照等條件復(fù)合試驗？

※試驗的控制點、檢測點、控制誤差范圍等。

※其他特殊要求等

試驗規(guī)格介紹

1.ISO（International Organization for Standard，國際標(biāo)準(zhǔn)化機構(gòu)）

2.CCC（China Compulsory Certificate System），GJB（國軍標(biāo)），GB（國標(biāo)）

3.MIL（Military Specifications and Standard,美軍標(biāo)）

4.IEC（International Electro-technical Commission,國際電氣標(biāo)準(zhǔn)會議）

5.EN（European Norm）

6.JIS（Japanese Industrial Standard,日本工業(yè)規(guī)格）

7.各個公司內(nèi)部規(guī)格BMW，TOYOTA, HONDA, SONY, SHARP, Panasonic。

要讀懂試驗規(guī)格是一件很困難的事情，只能在試驗中慢慢去理解，多請教，多學(xué)習(xí)。

振動試驗機的式樣規(guī)格

各個廠家的設(shè)備目錄中記載有很多參數(shù)和規(guī)格，一般標(biāo)準(zhǔn)振動臺以下幾個參數(shù)比較重要，

最大正弦加振力：10kN、20kN、30kN、、、、、600kN

最大正弦加速度：1000m/s²

最大正弦速度：2m/s、2.5m/s

最大位移：51mm、76mm、100mm

使用頻率范圍：5Hz～3000Hz

動圈質(zhì)量：加振力不同，質(zhì)量不同。

這些規(guī)格參數(shù)代入前面的A、V、D、f四者之間的計算公式，即

通過上面的計算公式，可以得到設(shè)備的交越頻率和最大正弦能力特性曲線圖（無負載）。再結(jié)合牛頓第二定律計算出各種負載下的最大加速度，繼續(xù)使用上面的式子，可得到各種負載下的交越頻率和能力特性曲線圖。

最大正弦能力特性曲線圖（無負載情況）

圖中可以看出，電動振動臺有三個工作區(qū)域，低頻段對應(yīng)位移區(qū)域，低中頻段對應(yīng)速度區(qū)域，中高頻段對應(yīng)加速度區(qū)域?；蛘哒f低頻段受最大位移限制，低中頻段受最大速度限制，中高頻段受最大加速度限制。每個物理量對應(yīng)頻率變換點就是交越頻率。因此，如果說5Hz的時候需要滿足加速度500m/s²，或者1000Hz的時候滿足位移50mm_p-p，那就是外行話了。

圖中可以看出，25kg負載情況下，藍線以下（含藍線）的試驗條件該設(shè)備都可以對應(yīng)。超出藍線對應(yīng)的話，導(dǎo)致設(shè)備故障損壞。個人經(jīng)驗，振動臺的損壞，一半以上都是過負載原因造成的，切記！

例題：某電動振動臺使用頻率范圍5～2000Hz，最大位移51mm_p-p，最大速度2m/s，最大加速度1000m/s²，請計算位移到速度，速度到加速度的兩個交越頻率，并試著畫出該設(shè)備無負載最大能力特性曲線圖。

試驗條件的確認

試驗的種類：正弦試驗、隨機試驗、沖擊試驗、etc。

試驗頻率范圍f

加速度大小A、

加振力F=∑mA≦最大正弦加振力（下節(jié)重點敘述）

振幅（位移大小）D

速度大小V

1．正弦定頻試驗的場合

試驗條件：頻率10Hz 加速度10G

半位移峰值D_0-p = A_0-p/（2πf）² = 10×9.8/62.8²= 24.85mm

全位移峰峰值49.70mm?。ㄗ⒁獍胛灰坪腿灰频谋稊?shù)）

一般振動臺的全位移峰峰值有51mm、76mm、100mm，為了安全起見可以選76mm的設(shè)備。（請再計算一下速度的峰值。）

注意：

① 控制儀輸入f、A、D、V中的兩個參數(shù)，會自動得出另外兩個參數(shù)。

②掃頻試驗的時候取最大值。

③正弦試驗一般各個參數(shù)小于試驗機的規(guī)格值即可，一般安全系數(shù)1.2~1.3。

④以上計算都假定沒有夾具和試驗體的共振影響。

2．隨機試驗的場合

加振力

試驗加振力rms≦隨機額定rms

（必要時需要試驗PSD的等價頻幅修正）

速度

3試驗速度rms≦正弦波額定速度峰值

位移

3.5試驗位移rms≦正弦波額定位移峰值

加速度rms、速度rms、位移rms值的計算比較復(fù)雜，可以通過振動控制儀輸入PSD值之后，自動得出數(shù)據(jù)。

3.沖擊試驗的場合

加振力

F= ∑mA≦2倍最大正弦加振力（半正弦波沖擊）

∑m：總質(zhì)量（動圈質(zhì)量+夾具質(zhì)量+ 試驗體質(zhì)量）

速度≦正弦波額定速度峰值

位移≦正弦波額定位移峰值

速度、位移峰值的計算比較復(fù)雜，可以通過振動控制儀輸入沖擊脈寬和加速度之后，自動得出數(shù)據(jù)。規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)不同，數(shù)值結(jié)果不同。

IEC標(biāo)準(zhǔn)

MIL標(biāo)準(zhǔn)

試驗體的尺寸、質(zhì)量、形狀、固定方式

① 試驗體直接固定動圈或垂直擴張臺（垂直方向），水平滑臺（水平方向），還是先固定在夾具上再固定在臺面上？

② 試驗體尺寸有沒有超出臺面，有沒有碰到其他地方（三綜合恒溫恒濕箱內(nèi)壁等）？

③ 各重心（G1、G2、G3）是否都在一直線上，重心是不是偏高？振動臺臺面的抗傾覆力矩是否在允許條件下？

④ 固定螺栓全部固定好了？固定后是否會在振動時候倒下來？

⑤ 夾具是不是要提前準(zhǔn)備？

⑥ 夾具共振點是多少？是不是在試驗頻率范圍內(nèi)？

⑦　etc.。

各種夾具的確認

試驗體固定在夾具上的位置和尺寸、夾具的共振點、

夾具固定在振動臺面上的間隔（ □100mm,φ50mm,φ100mm ），螺釘大小（ M6,M8,M10,M12等）和固定深度,公制（mm）還是英制（in.）？

要設(shè)計制造出一個完美的振動試驗夾具，嚴格的來說，幾乎是不可能的工作。每個試驗只有最適合的夾具，沒有最完美的夾具?；旧厦總€振動試驗室都需要一個夾具保管室，里面羅列著形形色色的試驗夾具。下面介紹一些常見的試驗夾具。

垂直擴張臺面（Vertical Table）

水平滑臺（Slip Table）

其他夾具

總結(jié)

一次振動試驗的順利完成需要考慮的要素很多，以上只是列舉了一些基本要素。此外還涉及到振動控制儀的設(shè)置、控制點的位置、避免夾具的共振點、加速度傳感器的固定方式、試驗體的m（質(zhì)量）k（彈性系數(shù)）c（阻尼）、振動臺的能力（動圈特性、功放性能等）等等要素?？傊涀∫痪湓挕?strong>振動的水很深！”，只能在工作和學(xué)習(xí)中不斷地慢慢積累。

備注：圖片和部分文字等來源于網(wǎng)絡(luò)，如有侵權(quán)，請聯(lián)系作者本人。